工业机器人最早在20世纪50年代末投入使用。从此，在工业生产领域中，许多繁重、重复或无意义的工艺操作都可以由工业机器人代替人完成。20世纪90年代，随着计算机技术、智能技术的进步和发展，具有一定感觉功能的第二代机器人开始投入实用并开始推广。具有视觉、触觉、高度灵巧的手指和行走能力的第三代智能机器人相继出现并开始投入使用。
接下来我们通过一组工业机器人的工作场景，来最生动、最直接的了解这个行业。
穿针引线
准确抓住手机边缘
写书法
切香肠
打台球
精准选择水杯
各种姿势接收物品
工业机器人广泛应用于汽车制造、电器、食品等工业制造领域，可以替代重复性的机器操作工作，依靠自身的动力和控制能力实现各种功能，既可以接受人的指令，也可以按照预先编好的程序进行操作。
1、工业机器人相关政策密集出台
工业机器人被誉为“制造业皇冠上的明珠”，作为现代工业发展的重要基础，工业机器人已经成为衡量一个国家制造和技术水平的重要标志。
工业机器人也是推动产业转型升级、加快建设制造强国的重要切入点。作为先进制造业的关键配套装备，美国、日本、欧盟等主要经济体均将发展机器人产业上升为国家战略，作为保持或重新获得制造业竞争优势的重要手段。
机器人技术是我国十大重点发展领域之一，政策层面，“十二五”期间提出了长远愿景和总体规划，“十三五”期间提出突破工业机器人产业链关键技术，“十四五”期间逐步进入实施应用的密集催化期，并提出了具体的应用场景规划。
2015年国务院《中国制造2025》提出，推进机器人标准化、模块化，拓展行业市场应用，实现关键零部件和相关技术的突破。
2016年，机器人产业发展被写入“十三五”规划，此后中央和地方密集出台相关政策，涵盖整个产业链各个环节、零部件性能、产业目标等，助力我国机器人整个产业链快速崛起，逐步缩小我国与发达国家的差距。
2021年年底，工业和信息化部、国家发展改革委、科技部等15个部门联合印发《机器人产业发展“十四五”规划》，明确提出：力争到2025年，把我国打造成为全球机器人技术创新策源地、高端制造业聚集地、集成应用新高地，机器人产业营业收入年均增长20%以上，制造业机器人密度提升一倍。
2023年1月，工信部等17个部门印发《“机器人+”应用行动实施方案》，指出到2025年，制造业机器人密度比2020年翻一番，服务机器人、特种机器人应用深度和广度明显提升。聚焦10个重点应用领域，突破100项以上机器人创新应用技术和解决方案，推广200个以上技术水平高、应用模式创新、应用成果显著的机器人典型应用场景。
2.工业机器人的组成
我们先来了解一下工业机器人的组成。
1. 主题
主要机械部分为基座和执行机构，包括上臂、下臂、腕部和手部，组成多自由度机械系统。有的机器人还带有行走机构。工业机器人有6个自由度以上，腕部一般有1～3个自由度。
2. 驱动系统
工业机器人的驱动系统按动力源分为液压、气动、电动三类。根据需要，这三类驱动系统也可组合成复合驱动系统。或通过同步带、轮系、齿轮等机械传动机构间接驱动。驱动系统有动力装置和传动机构工业机器人 包装行业，实现机构的相应动作。这三种基本驱动系统各有特点。目前主流的是电力驱动系统。
由于低惯量、大扭矩的交直流伺服电机及其配套的伺服驱动器（交流变频器、直流脉宽调制器）的广泛接受。该类系统无需能量转换，使用方便，控制灵敏。大多数电机都需要加装精密的传动机构：减速器。其齿间利用齿轮的速度转换器，将电机的反转次数降低到所需的反转次数，并获得较大扭矩的装置，从而达到降低转速、增大扭矩的目的。当负载较大时，一味地加大伺服电机的功率是不划算的，可通过减速器在适当的转速范围内提高输出扭矩。伺服电机在低频运转下容易发热、产生低频振动，长期重复工作不利于保证其准确可靠地运转。精密减速电机的存在，使伺服电机能以合适的转速运转，加强机体刚性，输出更大的扭矩。 现在主流的减速器有两种：谐波减速器和RV减速器。
3.控制系统
机器人控制系统是机器人的大脑，是决定机器人功能和能力的主要因素。控制系统根据输入的程序向驱动系统和执行机构发出指令信号，并对其进行控制。工业机器人控制技术的主要任务是控制工业机器人在工作空间内的活动范围、姿态和轨迹、动作时间等。具有编程简单、软件菜单操作、人机交互界面友好、在线操作提示、使用方便等特点。
控制器系统是机器人的核心，国外公司对我国的实验一直密切关注。近年来，随着微电子技术的发展，微处理器的性能越来越高，而价格却越来越便宜，现在市场上有1-2美元的32位微处理器。高性价比的微处理器给机器人控制器带来了新的发展机遇，使得开发低成本、高性能的机器人控制器成为可能。为了使系统具备足够的运算和存储能力，现在的机器人控制器多采用功能强大的ARM系列、DSP系列、系列、Intel系列等芯片组成。
由于现有的通用芯片功能和特性在价格、功能、集成度、接口等方面还不能完全满足某些机器人系统的要求，这就催生了机器人系统对SoC（芯片）技术的需求。将特定的处理器与所需的接口集成在一起，可以简化系统外围电路的设计，缩小系统体积，降低成本。例如Actel（）在其FPGA产品上集成了NEOS或ARM7的处理器核，构成完整的SoC系统。在机器人技术控制器方面，其研究主要集中在美国和日本，已有成熟的产品，如美国公司和日本的友树株式会社。其运动控制器基于DSP技术，采用基于PC的开放式结构。
4. 感知系统
它由内部传感器模块和外部传感器模块组成，从内部和外部环境状态中获取有意义的信息。 内部传感器：用来检测机器人自身状态（如手臂之间的角度）的传感器，多为检测位置和角度的传感器。具体有：位置传感器、位姿传感器、角度传感器等。 外部传感器：用来检测机器人所处环境（如检测物体、与物体的距离）和状况（如检测所抓取的物体是否滑落）的传感器。具体有距离传感器、视觉传感器、力传感器等。 智能感知系统的使用，提高了机器人的机动性、实用性和智能化水准。人的感知系统对于外界信息的智能程度不如机器人，但对于一些特殊信息，传感器比人的系统更有效。
5. 末端执行器
末端执行器是连接在机械手最后一个关节上的部件，一般用于抓取物体、连接其他机构并执行所需的任务。机器人制造商一般不设计或销售末端执行器，大多数情况下只提供简单的夹爪。通常末端执行器安装在机器人6轴的法兰上，以在给定的环境下完成任务，例如焊接、喷漆、涂胶、零件上下料等，这些都是需要机器人来完成的任务。
3.工业机器人的分类
说完了组成，我们再来看看工业机器人的分类。工业机器人的分类目前国际上尚无统一的标准，但可以按照负载重量、控制方式、自由度、结构、应用领域等进行分类。
按结构形态分类如下：
工业机器人按机械结构可分为多关节机器人、直角坐标机器人、并联机器人、SCARA机器人和协作机器人。多关节机器人在全球和中国的市场份额均超过60%，几乎可以应用于所有工业领域，其中焊接、装配和搬运应用最多。其中，汽车制造业是多关节工业机器人增长的主要需求驱动力。
根据用途分类如下：
根据机器人应用环境的不同，国际机器人联合会（IFR）将机器人分为工业机器人和服务机器人两大类。其中工业机器人主要指应用于生产过程和环境中的机器人，包括人机协作机器人、工业移动机器人等；而服务机器人则是指应用于非制造业、为人类服务的各种机器人，主要包括家庭服务机器人和公共服务机器人。
目前，我国在自然灾害应对、公共安全事件等方面对特种机器人的需求比较突出，因此中国电子协会结合我国实际情况，将机器人分为工业机器人、服务机器人、特种机器人三大类。
1）工业机器人：是指用于工业领域的多关节机械手或多自由度机器人，在工业生产加工过程中代替人自动控制并完成某些单调、频繁、重复性的长期作业。主要包括焊接机器人、搬运机器人、码垛机器人、包装机器人、喷涂机器人、切割机器人和洁净室机器人等。
2）服务机器人：指集成多种高技术，在非结构化环境中为人类提供必要服务的先进机器人，主要包括家庭服务机器人、医疗服务机器人和公共服务机器人。其中，公共服务机器人是指除医疗领域外，在农业、金融、物流、教育等公共场所为人类提供一般服务的机器人。
3）特种机器人：指在高危环境和特殊工作条件下替代人类的机器人，主要包括军事应用机器人、极限作业机器人和应急救援机器人。
4.工业机器人产业链
工业机器人及成套设备上游包括控制器、伺服系统、减速器等零部件；中游为整机制造业；下游为系统集成环节，主要由自动化设备制造商（即系统集成商）组成，涵盖焊接、机械加工、装配、搬运、分拣、喷涂等生产领域；终端客户则包括汽车、电子、金属、塑料、食品、生物化学等行业。工业机器人本体是机器人产业发展的基础，下游的机器人系统集成则是工业机器人工程化、规模化应用的关键。
1）产业链上游主要包括伺服系统、减速器、控制器等核心零部件以及齿轮、涡轮、蜗杆等关键零部件子行业。减速器、伺服系统（包括伺服电机和伺服驱动器）和控制器是工业机器人的三大核心零部件，直接决定了工业机器人的性能、可靠性和负载能力，对整个机器人起着至关重要的作用。
在产业链上游，国内企业近几年发展良好。其中：减速器方面，主要有格林谐波、南通振康、中达利德、中机科美等；伺服系统方面，有埃斯顿、英威腾、汇川技术、时新科技、华中数控等；控制系统方面，有埃斯顿、埃夫特、汇川技术、时新科技、固高科技、华中数控等；传感器方面，有宏发、歌尔、美新半导体等。
2）产业链中游为工业机器人制造。工业机器人制造技术主要体现在：整体结构设计与加工技术，重点解决机械防护、精度补偿、机械刚度优化等机械问题；结合机械本体开发机器人专用的运动学与动力学控制算法，实现机器人的各项性能指标；面向行业和应用场景开发机器人编程环境与流程包，满足机器人相关功能需求。
国内该中游领域知名企业主要有埃斯顿、汇川技术、埃夫特、博时控股、新迈科、托斯达、机器人、广州数控等。
3）产业链下游主要面向终端用户和市场应用，包括系统集成、代理销售、本地合作、工业机器人租赁、工业机器人培训及其他第三方服务，主要围绕客户需求进行自动化设备的研发、设计和生产。
该下游领域国内知名企业主要有新时达、科莱机电、托斯达、哈工智能、埃夫特、机器人、汇川科技等。
工业机器人的三大核心部件为伺服电机、减速器、控制器（含运动控制），这是工业机器人的核心技术壁垒。
控制器、伺服系统（包括伺服驱动器和伺服电机）、减速器等核心零部件约占整个机器人产品成本的70%。其中，减速器约占总成本的36%，伺服器约占24%，控制器约占12%，本体和其他零部件分别占总成本的15%和13%。这些核心零部件的生产目前主要被国外品牌垄断，核心零部件国产化率低是制约我国工业机器人产业发展的主要瓶颈。
目前，我国工业机器人行业高端应用领域（如汽车制造、3C电子等）需求仍主要依赖进口，而在对制造成本敏感的中低端应用领域（如化工、金属制造等），国产化需求已达60-70%。相较于零部件，机器人本身技术难度较低，但高端应用市场仍被“四大家族”垄断。
日本被称为“工业机器人王国”，全球市场占有率约60%；欧洲以德国为主，在人机交互、机器视觉、机器互联等领域处于世界领先地位；韩国起步稍晚，目前在工业机器人使用密度上保持世界第一水平。其中最成功的国家当属日本。日本依托数控系统、伺服电机等优势，在工业机器人技术研究和应用上长期处于领先地位。发那科作为全球工业机器人领军企业，20年来营收增长1.8倍、净利润增长3.4倍、股价增长5.6倍，长期享受估值溢价和显著超额收益，目前市值超过2700亿元。
中国工业机器人市场发展迅速，特别是随着工业自动化进程加快、智能制造深入推进，机器人应用市场应用领域不断扩大。中国自2013年起已成为全球最大的工业机器人市场，年装机量超过日本、美国、韩国、德国之和。中国工业机器人产业链日趋成熟，但外资占比超过60%，整机及三大核心零部件均被以日本企业为主的国外企业垄断。
日本在工业机器人关键零部件（减速器、伺服电机等）研发方面具有较强的技术壁垒，德国工业机器人在原材料、本体部件、系统集成等方面具有一定优势。
从企业来看，ABB、FANUC、KUKA、安川电机为工业机器人四大家族，已成为全球工业机器人主要供应商，占据全球约50%的市场份额。
5.工业机器人四大家族
自20世纪50年代末世界上第一台机器人诞生以来，工业发达国家已建立起完整的工业机器人产业体系，掌握了核心技术和产品应用，形成了工业机器人四大家族（瑞士ABB、德国库卡、日本发那科、日本安川）。
1.瑞士ABB
ABB是瑞士通用电气公司，1988年由两家百年老牌企业瑞典ASIA和瑞士ABB合并而成，总部设在瑞士苏黎世，是全球机器人品种最多的企业。ABB最开始做变频器，在中国，大部分电站和变频器都是ABB做的。
ABB在中国实施高调战略，重点关注与中国大客户的合作。华为、长虹、拓斯达分别是3C家电行业应用端的领头羊和集成商，在行业中起到了风向标的作用。可以看出ABB对3C行业的高度重视。
2.德国库卡
库卡机器人于1898年在德国奥格斯堡成立，最初专注于室内及城市照明，不久的将来将开始进入其他领域。库卡机器人可用于物料搬运、加工、点焊和弧焊，涉及自动化、金属加工、食品和塑料等行业。操作简单，但故障率高。如果说ABB是汽车中的奔驰，那么库卡就是汽车中的宝马，虽然两者都是高端汽车，但宝马的退货率比奔驰高。
值得一提的是，库卡在重载机器人领域做得比较好，120KG以上机器人中，库卡和ABB的市场份额最大，400KG和600KG重载机器人中，库卡的销量最大。
3.日本发那科（FANUC）
FANUC公司成立于1956年，三年后推出了第一台电液步进电机。20世纪70年代，由于微电子技术、电力电子技术，特别是计算技术的飞速发展，FANUC公司毅然放弃了电液步进电机的数控产品，开始转型。1976年，FANUC公司成功开发了数控系统，随后又与西门子联合开发了高水平的数控系统，逐渐成为世界上数控系统、设计、制造实力最强的公司之一。
据相关资料显示，发那科数控系统是当今全球最齐全、最全面的工业机器人企业，在产品规格、产品线等方面做得最出色。
4.安川电机
安川电机（ ）成立于1915年，是日本最大的工业机器人公司，总部位于福冈县北九州市。1977年，安川电机利用其运动控制技术开发生产了日本第一台全电动化工业机器人。此后，该公司开发了焊接、装配、涂装、搬运等各种自动化机器人，并一直引领全球工业机器人市场。
一百多年来，凭借对电机技术的传承，安川的交流伺服和变频器市场占有率稳居全球第一。安川以电机起家，因此可以最大程度地发挥电机的惯性。因此安川机器人最大的特点就是负载大、稳定性高，满载全速运转时不会报警，甚至可以超载运行。因此，安川在汽车行业等重载机器人应用领域有着比较大的市场。
四大家族在各个技术领域各有所长，ABB核心领域是控制系统，KUKA专注于系统集成应用和车身制造，FANUC专注于数控系统，专注于伺服电机和运动控制器。
工业机器人最好的还是欧洲产品，库卡是其中的佼佼者。当四大公司进入亚洲市场时，ABB国产机器人的质量就下降了。相比欧美产品，日本安川、发那科性价比更高，更符合中国客户的需求。如今，机器人厂商通常更倾向于与知名汽车厂商合作，比如大众只用库卡工业机器人 包装行业，通用主要用发那科，欧洲品牌更青睐ABB等等。这与四大公司在行业内的战略调整息息相关。
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